CN201789314U - 充电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种充电设备，包括：电源模块、控制模块及至少两个充电模块。电源模块，与充电模块连接，包括至少两组电压、电流均可调整的电源，各组电源与各个充电模块一一对应设置。控制模块，与充电模块连接，包括第一参数设置单元和第二参数设置单元。第一参数设置单元用于初始设置各充电模块的第一充电电压、第一充电电流和截止电流，并发送给所述充电模块。第二参数设置单元用于获取第二充电电压和第二充电电流，并发送给充电模块。充电模块，分别与电源模块和控制模块连接，包括电源控制单元、检测单元和电池接线单元。

Description

充电设备

技术领域

本实用新型涉及一种快速充电技术，尤其涉及一种充电设备。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断进步与发展，越来越多的便携式电子产品如移动电话、个人数字助理(PDA)、摄录像机等逐渐普及，为人们的日常工作和生活带来便利。由于这些产品均朝向无线化、可携带化方向发展，其关键性零件电源，也往轻、薄、短、小的目标迈进，因此对于体积小、重量轻、能量密度高的二次电池需求相当迫切。锂离子(Li-Ion)电池因其能量高、自放电小等优点，成为电子设备的理想电源。由于锂电池的广泛应用，随之带来的配套产品，锂离子电池组充电设备也相继面世。目前一些大的厂家生产的充电设备具有限流保护功能、自动、快速充电、充满电后自动关断功能等等。有的还具有LED充电状态显示功能、低噪声、模拟微电脑控制系统等功能。

然而，锂离子电池的特点使其对充电设备的要求比较苛刻。为了能有效地利用电池容量，需要将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏、甚至爆炸。传统的充电设备对串联电池组进行充电，是采用整体充电方法。由于，各个电池组本身具备的电流和电压不同，所以，分配到各个电池组的电压不同，电流也不同。因此，传统的锂离子电池组的充电方式不能做到先恒流再恒压，无法各充电电池完全充满。

实用新型内容

本实用新型提供一种充电设备，能够对各充电电池进行先恒流再恒压的方式充电，进而使各充电电池完全充满。

为实现上述目的，本实用新型提供一种充电设备，包括：电源模块、控制模块及至少两个充电模块；

电源模块，与充电模块连接，包括至少两组电压、电流均可调整的电源，各组电源与各个充电模块一一对应设置；

控制模块，与充电模块连接，包括第一参数设置单元和第二参数设置单元，第一参数设置单元用于初始设置各充电模块的第一充电电压、第一充电电流和截止电流，并发送给充电模块；第二参数设置单元用于根据接收到的实时充电电流、实时充电电压获取第二充电电压和第二充电电流，并发送给充电模块；

充电模块，分别与电源模块和控制模块连接，包括电源控制单元、检测单元和电池接线单元，电源控制单元用于根据接收到的第一充电电压、第一充电电流和截止电流控制电源模块的各组电源输出的电流和电压，以及用于根据接收到的第二充电电压和第二充电电流控制电源模块的各组电源输出的电流和电压；检测单元用于检测待充电池的实时充电电流及实时充电电压，并发送给控制模块。

控制模块还包括放电单元、计时单元、诊断单元及数据存储上报单元。其中，放电单元用于对待充电池进行放电处理，计时单元用于对充电时间进行计时控制，诊断单元用于对待充电池的充电电压及充电电流进行诊断，数据存储上报单元用于存储实时充电电流及实时充电电压并向外部设备上报实时充电电流及实时充电电压。数据存储上报单元包括用于与外部设备连接USB接口。

充电模块还包括显示单元、过电保护单元及隔离单元。其中，显示单元用于对检测单元检测出的单体电量进行显示，过电保护单元用于检测实时电压和充电电流，并在电流或电压超过预设值时，切断充电回路，隔离单元用于隔离充电模块与待充电池。

控制模块与各充电模块之间采用光隔离网络连接。

本实用新型的充电设备，充电模块对待充电池进行实时检测，将实时检测结果传送给控制模块，控制模块对各个充电模块进行独立的控制，实现各个待充电池具有恒定的充电电压和充电电流，从而能够将各充电电池完全充满。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型充电设备实施例的结构示意图；

图2为本实用新型充电设备实施例的控制模块结构示意图；

图3为本实用新型充电设备实施例的数据存储上报单元示意图；

图4为本实用新型充电设备实施例的充电模块结构示意图。

主要附图标记说明：

11：电源模块；          12：控制模块；

13：充电模块；          21：第一参数设置单元；

26：第二参数设置单元；  46：电源控制单元；

22：放电单元；          23：计时单元；

24：诊断单元；          25：数据存储上报单元；

31：微控制单元MCU；     32：USB100模块；

33：外部设备；          41：检测单元；

42：显示单元；          43：过电保护单元；

44：电池接线单元；      45：隔离单元；

34：应用层串口API(MSCOMM)。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加的清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型充电设备实施例的结构示意图。请参照图1，本实用新型提供一种充电设备，包括：电源模块11、控制模块12及多个充电模块13。其中电源模块11与充电模块13连接，包括至少两组电压、电流均可调整的电源，各组电源与各个充电模块是一一对应设置。该电源模块11用于为充电模块13提供电源。控制模块12与充电模块13连接。图2为本实用新型充电设备实施例的控制模块结构示意图。请参照图2，该模块包括第一参数设置单元21和第二参数设置单元26。其中，第一参数设置单元21用于初始设置各充电模块13的第一充电电压、第一充电电流和截止电流，并发送给充电模块13；第二参数设置单元26用于根据接收到的实时充电电流、实时充电电压获取第二充电电压和第二充电电流，并发送给充电模块。具体为，第二参数设置单元对第一参数设置单元设置的初值，进行实时微调，计算出实时充电电压与预设充电电压之间的差值，并且计算出实时充电电压与预设充电电压之间的差值，然后分别进行补充。第一参数设置单元21中参数的设置均可采用数显拨码开关实现，操作界面友好，提供了良好的人机交互功能。

充电模块13分别与电源模块11和控制模块12连接，包括电源控制单元46、检测单元41和电池接线单元44。电源控制单元46用于根据接收到的第一充电电压、第一充电电流和截止电流控制电源模块的各组电源输出的电流和电压，以及用于根据接收到的第二充电电压和第二充电电流控制电源模块的各组电源输出的电流和电压。检测单元41用于实时检测待充电池的实时充电电流、实时充电电压，将实时检测结果传送给控制模块12；在实时充电电流小于控制模块12中所设定的截止电流时，说明充电已经完成，将停止充电。电池接线单元44，该电池接线单元44用于与待充电池连接。充电模块13可以灵活地对各个待充电池的充电电流、恒压电压、截止电流、进行方便的设置和维护，另外其设置功能可以采用数显拨码开关实现，操作介面美观且友好。

本实用新型实施例提供的充电设备，通过充电模块13对待充电池进行实时检测，将实时检测结果传送给控制模块12，控制模块12根据得到的实时检测结果对各个充电模块进行独立的控制，使各个待充电池具有恒定的充电电压和充电电流。从而，解决了现有充电设备中对锂离子电池组的充电方式不能做到先恒流再恒压的问题，从而，实现电池完全充满。

基于上述实施例，电源模块11可采用以下两种方案实现：一是采用线性电源作为充电电源，采用该类型电源的充电设备具有充电电压和充电电流控制精度高、纹波低、电参数连续可调、电磁干扰小等诸多优势。二是采用开关电源，采用该类型电源的充电设备虽然在纹波及电磁干扰等方面不及线性电源，然而在体积、重量及成本上具有明显的优势。电源模块技术，是本领域技术人所熟知的技术。不管采用何种电源形式，充电设备的充电电流和充电电压均是实时可控的。

基于上述实施例，充电模块13可选用高性能单片机MSP430F169作为充电模块13的微控制器单元MCU。该单片机由16微处理器内核、片内外围设备、电源单元和模拟单元组成。其中，内核额定的工作频率为8MHz，并且提供3个16位定时计数器、两路PWM输出、看门狗定时器、电源监视器、高速ADC以及DMA控制器等。在片内还具有62KB的Flash程序存储器，4KB的Flash数据存储器，同时具有标准的UART接口和可配置的I2C端口或SPI端口。上述模拟单元包括8通道、高速自校准12位ADC、片内电压基准、2个电压输出DAC和片内温度传感器等。因此，充电模块13选用单片机MSP430F169。单片机MSP430F169性能良好，可以满足充电模块13所提出的的高速、AD、DA及数据通信和数据存储等要求。

在上述实施例的基础上，可在控制模块12中加入放电单元22、计时单元23、诊断单元24及数据存储上报单元25中的任一个或多个单元，得到更多实施方式。

具体的，在控制模块12中增加设置放电单元22，该放电单元22用于对所述待充电池进行放电处理。通过开关可控制放电电路的通断，为了防止电池组的过放，当单体电池降至3.6V时系统自动停止放电。因此，可以对待充电池提供良好的保护。

在控制模块12中增加计时单元23，该单元用于对充电时间进行计时，实现充电时间控制，从而，避免充电时间过长所导致的电池组损坏。

在控制模块12中增加诊断单元24，该单元用于对所述待充电池的电压及电流进行诊断，可以在充电之前判断出是否为坏电池组，可以更好的保护充电设备及待充电池。

在控制模块12中增加数据存储上报单元，该单元用于存储充电数据并向外部设备上报充电数据。图3为本实用新型充电设备实施例的数据存储上报单元示意图。请参照图3，控制模块12的微控制单元MCU 31也采用高性能单片机MSP430F169来实现，控制模块12还包括拥有128个逻辑宏单元的CPLD芯片EPM7128。控制模块12将充电数据存储在控制模块12的微控制单元MCU 31的内置FALSH中。存储的充电数据包括实时充电电流及实时充电电压等参数。数据存储上报单元25，采用USB100模块32与外部设备进行连接。USB100模块32兼容USB1.1标准，其内部包括基于ASIC设计的USB专门的接口电路，该USB100模块32支持的数据通信速率最高可达8Mb/S。当微控制单元MCU 31得到需要传输的信号时，通过控制总线向USB100模块32传递传输消息。USB100模块32与外部设备33相连接，通过USB总线向外部设备33的应用层串口API(MSCOMM)34通知外部设备33，有数据需要传输。当外部设备33准备好接收后，微控制单元MCU 31通过8位数据总线把数据传送到USB100模块32，进而传送到外部设备33。数据存储上报单元，存储功能丰富，通信功能齐全，可通过外部设备33回放充电过程中所有的数据，可更好的对充电过程进行控制。

图4为本实用新型充电设备实施例的充电模块结构示意图。在上述的实施例基础上，如图4所示，可在充电模块13中加入显示单元42、过电保护单元43及隔离单元45中的任一个或多个单元，得到更多的实施方式。

其中，该显示单元42用于对检测单元41检测出的实时单体电量进行显示，实时单体电量是电池里已经充入的电量。通过显示单元42的控制，可以是使用者清楚的了解到目前的充电情况，使用者可根据目前的情况对待充电池进行控制。

还可以在充电模块13增加过电保护单元43，该单元用于检测充电电压和电流，并采取切断充电回路的保护措施。例如系统因不可预知的原因对电池充电超过5小时仍未完成充电过程，则自动终止充电过程。通过过电保护单元43的控制，可以更好的保护充电设备及待充电池。

还可以在充电模块13中增加隔离单元45，该单元用于将充电模块13与待充电池进行隔离。例如不充电时，将充电模块13与待充电池进行隔离，无能量损失。通过隔离单元45的控制，可以有效地减少电能浪费。

基于上述，需要注意的是控制模块12与外部设备33之间，可以采用USB传输，另外也可以采取其他的方式进行数据传输。且控制模块12与各所述充电模块13之间，可以采用光隔离网络连接。通过光隔离网络实现数字通信，能够很好地保证待充电池充电均匀。

综上所述，本实用新型提供的充电设备，通过各个充电模块13的检测单元41对待充电池进行实时检测，将实时检测结果传输到控制模块12。控制模块12得到实时检测结果后，对各个充电模块13进行独立的设置。因此，可以对各个待充电池能实现先恒流再恒压，从而做到均衡充电的充电方式，进而使电池完全充满。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种充电设备，其特征在于，包括：电源模块、控制模块及至少两个充电模块；

所述电源模块，与所述充电模块连接，包括至少两组电压、电流均可调整的电源，所述各组电源与各个充电模块一一对应设置；

所述控制模块，与所述充电模块连接，包括第一参数设置单元和第二参数设置单元，所述第一参数设置单元用于初始设置各充电模块的第一充电电压、第一充电电流和截止电流，并发送给所述充电模块；所述第二参数设置单元用于根据接收到的实时充电电流、实时充电电压获取第二充电电压和第二充电电流，并发送给充电模块；

所述充电模块，分别与所述电源模块和所述控制模块连接，包括电源控制单元、检测单元和电池接线单元，所述电源控制单元用于根据接收到的第一充电电压、第一充电电流和截止电流控制电源模块的各组电源输出的电流和电压，以及用于根据接收到的所述第二充电电压和所述第二充电电流控制电源模块的各组电源输出的电流和电压；所述检测单元用于检测待充电池的实时充电电流及实时充电电压，并发送给所述控制模块。

2.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述控制模块还包括放电单元，所述放电单元用于对所述待充电池进行放电处理。

3.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述控制模块还包括计时单元，所述计时单元用于对充电时间进行计时控制。

4.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述控制模块还包括诊断单元，所述诊断单元用于对所述待充电池的充电电压及充电电流进行诊断。

5.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述控制模块还包括数据存储上报单元，所述数据存储上报单元用于存储所述实时充电电流及实时充电电压并向外部设备上报所述实时充电电流及实时充电电压。

6.根据权利要求5所述的充电设备，其特征在于，所述数据存储上报单元包括用于与所述外部设备连接USB接口。

7.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述充电模块还包括显示单元，所述显示单元用于对所述检测单元检测出的单体电量进行显示。

8.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述充电模块包括过电保护单元，所述过电保护单元用于检测实时电压和充电电流，并在电流或电压超过预设值时，切断充电回路。

9.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述充电模块包括隔离单元，所述隔离单元用于隔离所述充电模块与所述待充电池。

10.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述控制模块与各充电模块之间采用光隔离网络连接。

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